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目 录

摘 要 1

1. 绪论 2

1.1 设计背景及意义 3

1.2室内环境监测系统现状 3

1.3设计的目标与意义 4

2. 系统设计 4

2.1系统总体方案设计 4

2.2系统的各模块具体功能与设计 5

3. 系统的硬件设计 5

3.1 控制模块设计 5

3.1.1 STC89C52单片机简介 5

3.2 单片机最小系统 7

3.2.1晶振电路 7

3.2.2复位电路 8

3.3 温湿度监测模块 9

3.3.1 DHT11传感器的简介 9

3.3.2串行接口(单线双向) 10

3.4 可燃气检测模块 11

3.4.1 MQ-2传感器简介 11

3.4.2 A/D转换器简介 12

3.4.3 可燃气检测电路设计 13

3.5 显示电路 13

3.5.1 LCD1602液晶显示器简介 13

3.5.2 电路设计 14

3.6换气扇电路设计 15

3.7 报警模块设计 15

4. 系统的软件设计 15

4.1主程序模块 16

4.2 温湿度模块程序设计 16

4.3 可燃气模块程序设计 17

5. 系统调试 18

5.1硬件的调试 18

5.2软件调试 19

5.3软、硬件整体调试 20

6. 总结与展望 22

致谢 22

参考文献 23

附件 24

1.硬件电路原理图 25

基于单片机的室内环境监测系统设计

乔东东

, china

Abstract: The design of indoor environment monitoring system based on single chip microcomputer, which use a modular, hierarchical design.It uses a new intelligent sensor to monitor the temperature, humidity, gas concentrati- on and can make corresponding control. The signals through the sensor are collected and converted into digital si- gnals, using single chip STC89C52 to receive the data, the chip will issue the appropriate instruction based on the collected data and a liquid crystal display LCD1602 show each parameter. This system has the advantages of sim- ple circuit, high integration, stability, convenient adjustment, high detection precision, and has a certain practical value.

Key words: Single chip microcomputer; environmental parameter; STC89C52; detection

1. 绪论

1.1 设计背景及意义

如今室外的空气质量大不如前，大多数的人更喜欢待在室内，越来越多的人重视室内生活环境中是否有害气体的污染和温度和湿度控制等等。现在大多数家庭离不开燃气，做饭、烧水，无不是生活的必需。但是有些可燃气含有有害气体，如果可燃气使用不当，都会给人们的生活造成很大的伤害。比如常用的天然气是透明的气体，本身不是一种对人体有害的气体，但是如果含有H₂S，就会对人体造成伤害；如果室内的空气中它的含量过高时，人会因为氧气的缺乏而导致神经系统受到了伤害，严重时会出现麻木、昏厥、乃至死亡。家居环境中的温度、湿度随着季节的变化也时时刻刻得影响着人们的健康。经查阅资料可知:最适合人们生活的温度是19℃-26℃，湿度是40%-70% RH，人生活在这样的温湿度环境会感到很安适。如果当室内环境的空气很干燥时，其湿度小于40 %RH的时候，从而会导致人体鼻部和肺部呼吸道薄膜上的纤毛运动速度减缓，空气中的烟尘和细菌等就很容易粘在薄膜上，会使病毒和能导致感染的革兰氏阳性菌的加快的繁殖，从而引发其他疾病。当室内的湿度高于70%RH，此时人就会觉得做什么事都浑身无力气，没有精神。如果长期工作和居住在湿度强的环境中，还容易患风湿性关节炎等湿痹症，最后会降低人体免疫力。

2003年4月，我国国家的相关部门制定了“室内空气质量标准”，它指出室内环境会对人们的身体健康产生不利影响，同时也表明我们国家对人们居住的室内环境质量这个问题也越来越关注。这个的发布不但使更多的人们重视室内的环境质量，而且与此同时给室内环境质量的测量仪器仪表带来了巨大的发展。由此可见，关于室内环境质量的监测研发具有重要的意义和影响。

1.2室内环境监测系统现状

著名的意大利科学家伽利略曾做过这样一个实验，用了一个特殊的玻璃管制成了温度计，他用玻璃管的一边做出一个玻璃泡，而另一边不要封闭，首先对玻璃泡加热，之后把热的玻璃泡放进水里。这时随着温度的变化水面也会波动，根据水面的波动情况的大小来判定温度的大小。直到法国天文学家布利奥在伽利略设计的温度计基础上进行了改造，他减小了玻璃球的直径，并且把原本的测量温度的物质改为水银，如今的温度计就是这样演变出来的。这样的设计虽然优结构简单、用起来便利而且不贵，但是易受玻璃质量好坏与测温介质的性质而影响测量的范围和精确度，而且只能近距离测量，玻璃的材料导致易碎。随着科技技术的发展，在厂家不光生产出了各式各样的温度计，同时还出现了对室内环境进行测量的仪器，比如电子温度测量仪，电子湿度测量仪、CH2O测量仪等。关于温度与湿度测量技术的研究是开始于1980年，它可分为几个模块组成，其采取模拟式的组合仪表，温度与湿度信息量的采集、数据的采集以及模拟控制^[9]。现在国外很多发达的国家在温湿度控制技术发展的速度飞跃，发展的方向也偏向于智能化，无人化。由于我们国家在这方面起点晚、发展慢，与技术先进的国家比较，我们在温湿度控制方面还是有些不足，但是通过对他们的这方面技术的研究，我国工程师也推出了微机控制温湿度技术，但是它有很大局限性，只能单独的对其中一个环境因素控制，比如湿度、温度等。

在国外很多国家在可燃性气体检测方面发展成熟，日本早在50多年前就发明了可燃气报警装置，他们不仅在气体监测器的研究方面突飞猛进，而且报警器的性能上面也有大大的提升，这些处在国际的顶尖水平。因为日本企业和政府的呼吁加大使用报警器，所以在日本发生关于可燃性气体的事故的概率远少于很多发达国家。其中在生产燃气报警控制器研制方面很出名的企业有FIGARO、理研。他们生产的燃气报警控制器都用了远高于国际水平的气敏传感器、反应速度快、性能高、使用时间长等。我国对燃气报警控制器的研制也有40年的历史了，虽然在性能方面比不上日本，但是产品种类多、类型较齐全，应用更加广泛，生产的数量也越来越多。很多先进的传感器技术和生产工艺都是由国外研发的，我国在他们的基础上又进行开发与研究，形成自己独有的特色。随着我国技术的发展，对于气体的选择和性能方面也有了很大提高。

综上所述，对室内环境温度，湿度和有毒气体的监测全面性的研究，在很大程度意味着可以提高生活环境的质量。随着微芯片的技术的迅速发展，采用单片机向数字化，多功能化，小型化等的仪器仪表，使电路的性能大大提升。在利用单片机技术可以将系统监测的结果显示在LED数码管，这在很大水平上增加了工作效率。

1.3设计的目标与意义

人从出生到老去的一辈子时间里，其中大多数的时间都是在室内度过的。有很多的调查研究表明，人一天二十四小时中有百分之八十的时间都是待在室内活动，而且随着室外空气质量的降低，更多的人几乎每天都在室内，所以如果和室外的环境相比，那室内的环境质量对我们来说更为重要。室内环境包括了温度、湿度、空气质量等多个方面，如果室内环境不好，会影响我们的心情，降低工作和学习的效率，损害身体健康。为了人们能够更好的在室内生活，及时了解室内的环境质量，所以做出了本次设计。本设计的目的是实现一个家用集温湿度和可燃气气体为一体的多功能监测系统，系统稳定且准确度好，可以适用于家居环境、办公楼室内等监测。该系统具有操作容易，方便、成本低的特点。本设计利用单片机最小系统为中心，使用传感器采集信息，液晶显示器显示以及声光报警系统，并将室内环境监测和控制相结合。由此可见，本设计的研究具有非常重要的价值和意义。

2. 系统设计

2.1系统总体方案设计

本设计系统中的主要控制器是单片机，给电路通电后，系统开始工作，室内的温度、湿度和可燃气浓度这些参数会被传感器采集到，得到的温湿度数据直接被传输到单片机中进行处理，气体浓度通过模数转换电路转换成数字信号传送到单片机内，显示器显示单片机接收到的数据，同时单片机根据得到的数据使报警电路和换气扇工作或者不工作，其系统框图如图1所示。

图1 系统总体结构框图

2.2系统的各模块具体功能与设计

1. 温湿度监测模块

本设计中所使用的元器件具有自动校准信号输出功能^[1]。它含有测温度的元件和感应湿度的元件，它们可以对室内空气中的温度和湿度进行收集并数字化处理，所处理获得后的数据可以通过4位管脚实现数据的传输。该传感器使用单线制串口传输的传输方法，因此其传输距离远，可安放在关心重视的位置。

1. 可燃气监测模块

此部分主要是利用传感器对家居环境中的可燃气进行监测，模块可以将采集到的信息转换为电流信号，再利用元器件将电信号转化为电压的模拟量，经过ADC0832模数转换后，最终获得可认识、辨别和处理的数字电信号^[4]。

1. 模数转化模块

该模块主要是将可燃气模块收集到的数据转换为微控制器可辨认的数字型电信号。本系统所采用的模数转化模块是ADC0832芯片，该芯片的功能是将模拟量转换为八位的数字量，也就是说分辨率为2的8的次方，该芯片采用双通道进行转换数据，时间间隔很小，转换的时候不会有大的波动。

1. 单片机模块

此部分主要是进行接收和处理相关数据，然后发出控制信号到各个具体模块。芯片STC89C52既可以输入也可以输出，还可以外接多个单元^[2]。因此适用非常广泛。在该系统中，单片机是主控核心，在单片机的外边不仅外接了传感器，还连接了显示器、报警装置以及控制电路等。

1. 换气扇控制电路

该部分主要的工作是当收集到的可燃气气体浓度超出预设值后，电路导通，启动换气扇，这样就会有效减小在室内生活中发生危险事情的可能性。该部分采用继电器来控制换气扇的工作或者不工作。当可燃气浓度过高时，微控制器会使继电器闭合，从而使得换气扇线开始工作，当可燃气浓度过低时，只要停止信号发出就可以断开继电器，继而换气扇停止工作。

3. 系统的硬件设计

3.1 控制模块设计

单片机最小系统是本设计系统的核心，控制着各个模块，此中有芯片STC89C52、晶振和复位电路。单片机又称微控制器，以它作为中心，发出各种控制指令。

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